A平板式清障車的設(shè)計(jì)

A平板式清障車的設(shè)計(jì),平板,清障車,設(shè)計(jì) 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第1章 緒　　論 1.1 研究本課題的目的和意義 隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展伴隨著寬敞的道路、穿流不息的車輛和有序的交通管理系統(tǒng)，已成為現(xiàn)代都市的一種景觀。這種有序是千千萬萬管理或參與交通行為的人共同維系和創(chuàng)造的，但由于各種復(fù)雜的交通環(huán)境和人為因素影響，各種交通事故仍然頻頻不斷地在城市的不同路段發(fā)生，而且所呈現(xiàn)的狀況也不盡相同。大多數(shù)情況下，車輛因碰撞或側(cè)翻會(huì)導(dǎo)致不同程序的破壞，喪失行駛功能而拋錨。有的車輛或因自身原因在行車道上拋錨，或違章停車。這些情況都將會(huì)嚴(yán)重阻礙交通。因此，及時(shí)將這類車輛清理拖離現(xiàn)場，盡快恢復(fù)交通秩序，保障交通安全已成為擺在交通管理部門面前的首要任務(wù)。以往對交通事故肇事車輛的清理，采用的都是比較原始笨拙的辦法，或靠人力肩扛手抬，或臨時(shí)找其它車輛生拖硬拽。對一般辦法處理不了的肇事車輛，如大型重載車輛，只有請搬運(yùn)公司的吊車加平板車聯(lián)合作業(yè)才能應(yīng)付。這些辦法既費(fèi)工費(fèi)時(shí)，又嚴(yán)重影響了正常車輛通行，處理不當(dāng)還會(huì)觸發(fā)新的交通事故。隨著城市車輛劇增，車流密度加大，傳統(tǒng)的清障作業(yè)方法已不能適應(yīng)現(xiàn)代城市交通安全管理的需要。道路清障車，一種專門用于處理肇事車輛的車輛，正是適應(yīng)這種需要而誕生的產(chǎn)物。 在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國家，隨著道路交通和汽車工業(yè)的發(fā)展，用于處理交通事故的專用車輛已經(jīng)發(fā)展到比較成熟可靠的階段，而且各種車輛和裝備都達(dá)到了一個(gè)比較合理的比例。在我國，道路清障車還是近幾年為適應(yīng)高速公路的發(fā)展和城市交通安全管理的需要而出現(xiàn)的一種新型專用車輛。國家科技攻關(guān)項(xiàng)目“高速公路緊急救援裝備車的研制”，正是把握了交通安全管理這一脈博，為高速公路交通安全管理乃至城市交通安全管理起到了良好的引導(dǎo)作用。清障車的首要任務(wù)，就是要能把各種狀態(tài)下的肇事車輛清離出事故現(xiàn)場。目前普遍采用的作業(yè)形式，是利用清障車尾部設(shè)置的起重托臂、附加托叉掛鉤等裝置，將肇事車輛的前端或后端托起，利用肇事車輛尚能行走的后輪(或前輪)，將肇事車輛拖離現(xiàn)場。對前后軸均已損壞的車輛，則可利用輔助行走裝置，將肇事車輛的前軸(或后軸)墊起，替代原車行駛。對于豪華型轎車，為了保證拖車作業(yè)過程中不損壞原車，清障車通常還帶有一套輪胎托舉裝置，以實(shí)現(xiàn)柔性作業(yè)。 1.2 道路清障汽車定義、組成、功用 清障車是指裝備有起重、托舉、拖曳等設(shè)備，用于清除道路障礙物的專用汽車。道路清障汽車自上世紀(jì)初誕生以來，不斷發(fā)展，日趨完善。已經(jīng)是專用車中一個(gè)大家族，根據(jù)其中作業(yè)能力，清障汽車可分為輕型，重中型及超重型；根據(jù)結(jié)構(gòu)形式區(qū)分，道路清障汽車可分為臂架起重機(jī)型清障汽車，門架叉式清障汽車，簡單叉式清障汽車和背式清障汽車四個(gè)基本類型；從吊臂的作業(yè)功能來分，清障汽車有吊臂旋轉(zhuǎn)型清障汽車，托臂負(fù)載折疊型，吊臂滑動(dòng)型及吊臂固定型。從托臂的作業(yè)功能來分清障汽車有托臂負(fù)載折疊型，托臂折疊型，及托臂不折疊型；從整車結(jié)構(gòu)來分，清障汽車有單功能型，雙功能型及多功能混合型。典型清障車結(jié)構(gòu)如圖1.1。 。 圖1.1 臂架起重機(jī)型清障車 臂架起重機(jī)型清障車(簡稱臂架式清障車)是清障車中最主要的一種類型，占全部清障車的90%以上。臂架式清障車是在一類通用汽車底盤上駕駛室之后，縱向安裝一臺(tái)專用液壓起重臂架，起重臂呈“之”字形，臂根鉸接于車架中部，臂端緊貼車架尾部，極限位置接觸地而，兩支腿行程約500mm的舉升油缸控制臂架做以鉸點(diǎn)為圓心的俯仰運(yùn)動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)對事故車輛的托起動(dòng)作。清障車的起重臂架無須水平回轉(zhuǎn)，臂架只在通過車輛縱軸線的垂直平而內(nèi)做小范圍的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，所以臂架受力簡支梁，強(qiáng)度要求較低，但應(yīng)具有較大剛度。由于臂架無回轉(zhuǎn)要求，整車制造成本大為降低。在臂架末端的擺動(dòng)臂內(nèi)裝有小油缸驅(qū)動(dòng)的可伸縮叉梁副臂，叉梁副臂外端可安裝叉式拖架等起重屬具，當(dāng)臂架在舉升油缸驅(qū)動(dòng)起升時(shí)可以方便快捷地抬起事故車輛的前橋或后橋，固定后即可拖離現(xiàn)場，實(shí)現(xiàn)清障目的。 1.3 國內(nèi)外道路清障汽車的發(fā)展概況 1.3.1 國內(nèi)清障車市場情況 我國清障車產(chǎn)業(yè)起步于20世紀(jì)80年代末。近20年來，我國清障車行業(yè)經(jīng)歷了整車引進(jìn)、吸收仿制到自主研發(fā)的過程。隨著我國城市交通與高速公路的快速發(fā)展，國產(chǎn)清障車的技術(shù)水平、制造工藝已取得突破性進(jìn)展，形成了產(chǎn)品多功能化、智能化、人性化的技術(shù)特點(diǎn)，上裝(專用機(jī)構(gòu))具有采用新材料、模塊化設(shè)計(jì)和專用設(shè)備制造的工藝特點(diǎn)。我國一此企業(yè)通過采用專用設(shè)備和模塊化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了清障車的流水線生產(chǎn)，產(chǎn)量提高，成本降低，并有一定上裝產(chǎn)品出口。包括國有企業(yè)，日前我國清障車生產(chǎn)企業(yè)有10家左右，生產(chǎn)2～60t。100余個(gè)不同型號(hào)和規(guī)格的清障車產(chǎn)品。據(jù)悉，國內(nèi)日前最大噸位的清障車為48t，產(chǎn)品投入市場后很受歡迎我國自主開發(fā)的60t級(jí)清障車也已實(shí)現(xiàn)銷售，80t級(jí)清障車的開發(fā)已開始籌劃?？梢哉f，國內(nèi)清障車的設(shè)計(jì)與市場開發(fā)已進(jìn)入一個(gè)新的時(shí)代。 1.3.2 國外清障車市場情祝 清障車創(chuàng)始于公路交通非常的國家，早在20世紀(jì)50年代美國就生產(chǎn)出第一輛清障車。當(dāng)時(shí)這種車還比較簡單，靠機(jī)械傳動(dòng)帶動(dòng)卷揚(yáng)機(jī)，拉桿支撐，故障車一端被吊起拖離現(xiàn)場；往往采用自制底盤，功能較單一，這是清障車發(fā)展的第1階段。第2階段，以引入液壓傳動(dòng)與控制技術(shù)為標(biāo)志，20世紀(jì)70年代第一批采用全液壓傳動(dòng)的清障車生產(chǎn)出來，涌現(xiàn)了一批著名的清障車企業(yè)，如美國的ENTURY、CHALLENGER、JERR-DAN、WRECKER，奧地利的EMPL、日本的TOKYU、加拿人的NRC。這一階段的清障車技術(shù)和生產(chǎn)得到很大發(fā)展，首先是系列品種、規(guī)格增多，結(jié)構(gòu)形式多樣化，其次是所用專用底盤、二類底盤多樣化。大型清障車最大為4橋。第3階段，結(jié)構(gòu)多樣、功能齊全，具有托舉、起吊、拖拽、牽引、背拖、破拆、清潔、維修等功能。第4階段，工作能力更大，拖舉能力最大達(dá)25t，拖牽能力達(dá)48t，起吊能力達(dá)40t。第5階段，操作方式更先進(jìn)，工作環(huán)境更舒適。國外，專用底盤用戶向底盤生產(chǎn)商供貨時(shí)，后者會(huì)給前者一個(gè)軟件，用戶可據(jù)需在軟件上對底盤布局進(jìn)行修改，后者再根據(jù)用戶的修改生產(chǎn)專用底盤。此外，還有專門的清障車底盤改裝廠。按目前我國清障車銷量約為國外的1/10推算，國外清障車年為需求2萬輛。 1.4 道路清障汽車發(fā)展方向與前景 “十一五”期間，我國公路建設(shè)繼續(xù)保持快速發(fā)展，以“五縱七橫”為主骨架的公路網(wǎng)將相繼形成。2010年我國高速公路通車總里程將位居世界第2位。各省市高速公路爭相突破1 000 km。公路的快速發(fā)展為清障車提供了良好的發(fā)展環(huán)境。我國汽車保有量近年來增民迅猛，給道路交通帶來了很大壓力，交通事故頻發(fā)，許多城市道路交通擁擠不堪。所以，近幾年各城市道路清障車的采購量逐年增長。2000年至今，上海市新增近1 680輛，北京市新增近2 000輛，近2年廣州市每年新增300多輛，江浙等地的增幅也較大。近2年沿海地區(qū)城市與當(dāng)?shù)夭筷?duì)靠近臺(tái)灣地區(qū)采購了大量大噸位清障車。除了新修道路需要配備清清障車以外，還有大量老舊清障車等待更新。專家統(tǒng)計(jì)，清障車因使用頻繁5年一換新。 道路救援工作社會(huì)化使道路清障車市場擴(kuò)展。上海從2000年9月建立“清障施救協(xié)作網(wǎng)”，逐步推進(jìn)清障救援的社會(huì)化、規(guī)范化、專業(yè)化和市場化；為此，上海的交巡警支隊(duì)全部退出了清障施救網(wǎng)絡(luò)，將全部清障牽引車輛拍賣給了社會(huì)施救單位，車輛牌號(hào)換成地方牌號(hào)，交巡警變?yōu)楣芾碚?。近年廣州交通集團(tuán)交通拯救公司的成立，也掀開了廣東道路救援上作社會(huì)化的序幕。 道路清障上作社會(huì)化、市場化之后，受委托的清障施救公司在交警部門的指導(dǎo)下，按照城市發(fā)展規(guī)劃要求，完善施救網(wǎng)絡(luò)，參與有序競爭，會(huì)考慮增加新的設(shè)備；同時(shí)，也會(huì)通過招標(biāo)方式選擇技術(shù)含量高、質(zhì)量好、價(jià)格低、服務(wù)到位的產(chǎn)品和企業(yè)。 未來幾年需求量預(yù)測，近年來，我國清障車有了一定發(fā)展，但功能齊全、外形外觀的清障車還較少，尤其是道路清理各級(jí)公路及城市道路肇事、故障車輛及違章停放車輛的清障車的缺口還很大。有專家預(yù)測，未來幾年，我國清障車年需求量約2 300～2 500輛，其中：“拖吊”和“旋轉(zhuǎn)”型1 300～1 500輛，“平板”和“升降平臺(tái)”型1100～1300輛。預(yù)計(jì)“十一五”期間總需求量繼續(xù)穩(wěn)步增民，年均增民率約15%。 1.5 本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 本設(shè)計(jì)的目標(biāo)是設(shè)計(jì)一種載重2t的道路清障汽車。本次道路清障車裝備有平板和液壓液壓絞盤兩套裝置。因此本設(shè)計(jì)主要研究的內(nèi)容有：總體布置，進(jìn)行二類底盤選型分析、副車架和液壓絞盤的設(shè)計(jì)計(jì)算、卷筒的選取計(jì)算、液壓傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)計(jì)算選型，然后進(jìn)行車輛的總體布置和性能分析，并用總布置圖表達(dá)主要底盤部件的改動(dòng)和重要工作裝置的布置；最后通過正確的計(jì)算，完成部部件設(shè)計(jì)選型，達(dá)到工藝合理、小批量加工容易、成本低、可靠性高的設(shè)計(jì)要求，并附之以總裝配圖，清楚表達(dá)設(shè)計(jì)。 第2章 道路清障車結(jié)構(gòu)方案分析 道路清障汽車裝備有托舉機(jī)構(gòu)和液壓卷筒兩套裝置，它能將車平移舉升到一定高度后拖走。 對道路清障車進(jìn)行改裝設(shè)計(jì)，一般應(yīng)滿足以下設(shè)計(jì)要求： （1） 具有一般清障汽車的功能； （2） 能將滿載貨物的車廂在比較水平的狀態(tài)下平穩(wěn)地舉升到一定高度； （3） 拖拽功能； （4） 牽引功能； （5） 起吊功能； 2.1 方案一固定軸荷式牽引型清障車 固定軸荷式牽引型清障車牽引舉升裝置的操作過程主要包括：牽引鉸盤2靠油馬達(dá)帶動(dòng)鋼絲繩來拖拽作業(yè)對象;可升降的變幅臂4通過舉升油缸5的升降來托起或放下被拖車輛;支撐架3防止因液壓系統(tǒng)泄漏而使變幅臂在運(yùn)行途中下降，折疊臂7鉸接在變幅臂的下端，帶動(dòng)伸縮臂8和車輪托叉9作收起與放下動(dòng)作。整個(gè)操作過程靠多路換向閥6控制，如圖2.1所示。其缺點(diǎn)是:由于被拖車輛10的部分重量懸置在清障車1的后部，使清障車的后軸荷增加，前軸荷減少，即使拖拽較輕的車輛就接近甚至超過清障車后軸額定負(fù)荷，從而限制了清障車拖拽能力的充分發(fā)揮，而且還會(huì)因前軸負(fù)荷的減輕進(jìn)而使清障車轉(zhuǎn)向操縱性能惡化。如果在前軸上加重時(shí)，又會(huì)使清障車在不拖拽作業(yè)時(shí)轉(zhuǎn)向沉重。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1清障車 2牽引鉸盤 3支撐架 4變幅臂 5舉升油缸 6多路換向閥 7折疊臂 8伸縮臂 9車輪托叉 10被拖車輛 圖2.1 固定軸荷式油障車作業(yè)示意圖 2.1.1 可調(diào)軸荷式牽引裝置 如圖2.2和工作原理是：在清障車1的后懸部位安裝一對支撐架4，可伸長的牽引梁5鉸接在支撐架4上，它是可以上下運(yùn)動(dòng)的。梁5的后端裝有一付輪框6，用于安放被拖車輛7的車輪。在梁5的前端下部和清障車底盤之間裝備有油缸2，用來使梁5升降，并調(diào)節(jié)清障車后軸與輪式托架(由小車輪9和連接柄8組成，柄8可插人輪框6的相應(yīng)插孔中)的載荷比。液壓系統(tǒng)控制裝置3包括調(diào)節(jié)油缸壓力油的閥門、壓力表等。 1-清障車 2油缸 3-液壓系統(tǒng)控制 4-裝置支撐架 5-梁 6-輪框 7-被拖車輛 8-連接柄 9-小車輪 圖2.2 可調(diào)軸荷式牽引裝置結(jié)構(gòu)示意圖 在拖拽作業(yè)時(shí)，操縱控制手柄，可將梁5放到地面上，將輪框6卡住被拖車輛的車輪，再操縱手柄使梁5升到和道高度，以便輪式托架連接柄8插人梁5的相應(yīng)孔中并加以堅(jiān)固，如下圖2.3（a）所示、然后慢慢放下梁5，使小輪9正處于受壓臨界狀態(tài)，此時(shí)控制裝置的壓力表顯示出最大讀數(shù)，表示被拖車輛前輪上的重量已全部轉(zhuǎn)移到清障車后軸上，清障車前軸負(fù)荷也處于最輕狀態(tài)。這時(shí)繼續(xù)操縱控制裝置以減小壓力表讀數(shù)，油缸2中油壓下降，小輪9上負(fù)荷逐漸增加。這樣被拖車輛前軸載荷將由清障車后軸和輪式托架二者分擔(dān)，其分擔(dān)比例由操縱控制裝置調(diào)節(jié)，可根據(jù)具體情況調(diào)至最佳軸荷狀態(tài)，如圖2.3(b)所示。 （a）輪架進(jìn)入輪下 (b) 輪架安裝完成 圖2.3 可調(diào)軸荷式清陳車作業(yè)過程示意圖 2.2 方案二臂架起重機(jī)型清障車 臂架起重機(jī)型清障車簡稱臂架式清障車是清障車中最主要的一種類型如圖2.7，占全部清障車的90%以上。臂架式清障車是在一類通用汽車底盤上駕駛室之后，縱向安裝一臺(tái)專用液壓起重臂架，起重臂呈“之”字形，臂根鉸接于車架中部，臂端緊貼車架尾部，極限位置接觸地而，山兩支行程約500mm的舉升油缸控制臂架做以鉸點(diǎn)為 圓心的俯仰運(yùn)動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)對事故車輛的托起動(dòng)作。清障車的起重臂架無須水平回轉(zhuǎn)，臂架只在通過車輛縱軸線的垂直平面內(nèi)做小范圍的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，所以臂架受力簡支梁，強(qiáng)度要求較低，但應(yīng)具有較大剛度。由于臂架無回轉(zhuǎn)要求，整車制造成本大為降低。在臂架末端的擺動(dòng)臂內(nèi)裝有小油缸驅(qū)動(dòng)的可伸縮叉梁副臂，叉梁副臂外端可安裝叉式拖架等起重屬具，當(dāng)臂架在舉升油缸驅(qū)動(dòng)下起升時(shí)可以方便快捷地抬起事故車輛的前橋或后橋，固定后即可拖離現(xiàn)場，實(shí)現(xiàn)清障目的。 圖2.7 臂架起重機(jī)型清障車 2.2.1 基本類型 所有臂架式清障車的基本結(jié)構(gòu)是相似的，如果進(jìn)行分類的話，只能從臂架形狀和是否裝有起重副臂來區(qū)分。在臂架形狀上，輕小型清障車多采用直線梁臂架如圖2.8，中重型清障車有采用曲線梁的如圖2.9，是否裝有起重副臂是指在起重臂架主梁內(nèi)可套裝一節(jié)可伸縮起重副臂(參看圖2.8)，起重副臂端部裝有鋼絲繩滑輪，可用于簡單的起重作業(yè)，以擴(kuò)大清障車的工作范圍。例如將翻下路基、掉到溝里或水中的失事車吊起或曳引送回地面，再用叉式拖架抬起拖走，或?qū)⒎瓭L的事故車扶正等。當(dāng)要求起重或牽引功能時(shí)，應(yīng)在起重臂架根部安裝鋼絲繩卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)，用液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，使用吊鉤或直接用鋼絲繩捆綁作業(yè)，安裝了起重副臂的清障車明顯擴(kuò)大了使用范圍。 2.2.2 主要結(jié)構(gòu) 2.2.3 起重臂架總成 起重臂架總成是清障車最重要的部分，也是基本工作裝置，其功能是將事故車頭抬起、固定，以達(dá)到拖離現(xiàn)場排障的目的。如果遇到后橋嚴(yán)重?fù)p毀而前橋正常的事故車輛則采用倒拖，即托起后輪退行。遇到前后橋均損壞時(shí)應(yīng)使用RL5060TQZB背式清障車，也可以托起前輪，同時(shí)在后輪下墊裝滑板。主臂架為“之”字矩形截面箱型梁，由主臂、垂直副臂、擺動(dòng)臂及擺動(dòng)臂內(nèi)套桑著的叉梁副臂構(gòu)成，主臂架總成還包括兩支主臂架舉升油缸、擺動(dòng)臂油缸、叉梁副臂伸縮油缸共七部分組成。兼有起重機(jī)功能的起重臂架總成還包 主臂 舉升油缸 起重副臂 擺動(dòng)臂 叉梁副臂 圖2.8 帶起重副臂的直線梁起重臂 圖2.9 曲線梁起重臂 括起重副臂和起重副臂伸縮油缸兩部分。叉梁副臂是一個(gè)“T”字矩形截面箱型梁，可由伸縮油缸作功而產(chǎn)生伸縮運(yùn)動(dòng)。在叉梁副臂的橫梁上安裝可調(diào)節(jié)相對位置的兩組叉式拖架，叉式拖架是用來插入事故車輛前輪并使之固定的專用裝置，分為叉架前梁和叉架后梁兩部分。主臂舉升油缸的缸頭鉸接在汽車底盤上，活塞桿頭鉸接在主臂中部的水平銷軸耳座上，一般成對布置。舉升油缸的作用是實(shí)現(xiàn)臂架的托起動(dòng)作，為保證在拖行過程中事故車頭不致下落，應(yīng)考慮油缸的液壓閉鎖。 2.2.4 鋼絲繩卷揚(yáng)機(jī)構(gòu) 采用低速大扭矩馬達(dá)，通過離合器驅(qū)動(dòng)鋼絲繩卷筒實(shí)現(xiàn)牽引或起重作業(yè)。一般清障車上裝有一臺(tái)鋼絲繩卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)，為提高作業(yè)能力可安裝兩臺(tái)卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)，其優(yōu)點(diǎn)是通過兩根繩索的有效配合，可實(shí)現(xiàn)將事故車輛翻個(gè)、掉頭并彌補(bǔ)單繩牽引力的不足。采用牽引作業(yè)方式時(shí)，應(yīng)盡量使鋼絲繩方向和車身方向相同，避免斜拉。在牽引作業(yè)時(shí)，用起重臂支承地而可起到支腿作用，如被牽引車輛較重或地形過于陡峭時(shí)應(yīng)考慮清障車的錨定。 工作過程(按正拖方式敘述)固定車輪的方式清障車到達(dá)事故現(xiàn)場，將起重臂架下放，清障車尾部接近事故車車頭，在接近過程中，帶有兩支叉架后梁的叉梁副臂貼地而伸入事故車前輪，用液壓卷筒將事故車輛驅(qū)動(dòng)輪拽到叉架上。當(dāng)叉架前梁和叉架后梁上的兩個(gè)圓塊穩(wěn)穩(wěn)地將事故車車輪卡緊時(shí)，用尼龍鎖緊帶或鐵鏈將車輪和叉式拖架捆綁牢固，并用卷筒帶上車輛，這樣事故車輛就和清障車聯(lián)結(jié)起來了。舉升油缸工作，臂架將事故車頭抬起脫離地而清障車起步將事故車拖走。 2.3 方案三 RL5060TQZB背式清障車道路清障車 RL5060TQZB背式清障車道路清障車在作業(yè)時(shí)應(yīng)十分注意對事故車輛的保護(hù)，特別對一些新車、高檔轎車應(yīng)避免因?yàn)樽鳂I(yè)中的捆綁、擠壓以及運(yùn)輸中的碰撞造成對事故車輛機(jī)件及外觀上進(jìn)一步的損傷。除采用文明作業(yè)方式外，還應(yīng)在作業(yè)方法上給以注意，包括使用墊層、軟接觸、選擇拖運(yùn)部位、使用專用屬具及注意拖行車速等多方而。 如果采用上述方法仍不能實(shí)現(xiàn)無損輸送，就應(yīng)選用RL5060TQZB背式清障車如圖2.10， RL5060TQZB背式清障車能夠最大限度地保護(hù)事故車輛。 RL5060TQZB背式清障車外形上類似自行平板車如圖2.11，具有一般平板車不具備的工作臺(tái)翻轉(zhuǎn)能力，運(yùn)動(dòng)形式類似翻斗卡車。RL5060TQZB背式清障車在工作平臺(tái)前部裝有液壓傳動(dòng)鋼絲繩卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)，是裝車卸車的動(dòng)力來源。工作原理:在二類通用汽車底盤上裝有用油缸、連桿和底盤相聯(lián)接的工作平臺(tái)，工作平臺(tái)、汽車底盤、翻轉(zhuǎn)油缸及連桿共同構(gòu)成在汽車縱向垂直平而內(nèi)的四桿機(jī)構(gòu)。當(dāng)翻轉(zhuǎn)油缸伸出時(shí)，工作平臺(tái)平緩地后移和翻轉(zhuǎn)，平臺(tái)末端落地，與地面成11°～22°角，位于事故車正前方。 2.3.1 裝車作業(yè)過程 清障車以車尾接近事故車，翻轉(zhuǎn)油缸工作使工作平臺(tái)后翻落地。開動(dòng)液壓卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)，用鋼絲繩連接事故車輛的前橋(也可連接事故車輛后橋，以倒拉方式裝車，本文和圖示均按正拉方式敘述，如圖2.11)，開動(dòng)卷揚(yáng)機(jī)，事故車被緩慢地拉上平臺(tái)，驅(qū)動(dòng)翻轉(zhuǎn)油缸，工作平臺(tái)復(fù)位，固定事故車輛后即可實(shí)現(xiàn)無損輸送如圖2.12。為了便于曳引事故車輛，可在工作平臺(tái)上設(shè)置兩條縱向由排列緊密的多支平行滾子組成滑道，使?fàn)恳枇档?，即使前后橋均己損壞，車輪不能轉(zhuǎn)動(dòng)的車輛也能輕松裝卸如圖2.13。到達(dá)目的地，卸車過程是裝車過程的逆過程。 RL5060TQZB背式清障車的最大優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)了無損輸送，這是臂架式清障車和門架叉式清障車難以做到的。RRL5060TQZB背式清障車對前后橋均己損壞，不能拖行的全損車輛也能施救作業(yè)，此外， RL5060TQZB背式清障車可實(shí)現(xiàn)長途運(yùn)輸，車速不受限制，而其它清障車在拖行時(shí)的速度低于25km/h。RL5060TQZB背式清障車的缺點(diǎn)是作業(yè)時(shí)間較長，尤其是裝車時(shí)間較長，這一點(diǎn)對于繁忙路段的清障是不利的， RL5060TQZB背式清障車的成本也略高于其它類型清障車。 2.4 方案四門架叉式清障車 2.4.1 結(jié)構(gòu) 門架叉式清障車使用普通卡車改裝，視不同起重噸位，可選用輕卡、中卡及重型卡車改裝，只需制作一副起重門架，增加一套簡單的液壓系統(tǒng)即可改裝完成。起重門架鉸接在汽車底盤縱梁尾部，小型液壓系統(tǒng)安裝在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)功率輸出端，利用汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)油泵，提供清障作業(yè)時(shí)起重油缸和偏轉(zhuǎn)油缸的動(dòng)力圖2.14。 起重門架是矩形焊接結(jié)構(gòu)件。以中型門架為例，其輪廓尺寸(長、高、厚)為1 200、1 800、150mm，包括外門架(圖2.15)和內(nèi)門架(圖2.16a)。內(nèi)門架在外門架內(nèi)滑動(dòng)，山起重油 圖2.10 RL5060TQZB背式清障車 圖2.11 RL5060TQZB背式清障車工作過程 圖2.12RL5060TQZB背式清障車運(yùn)輸狀態(tài) 圖2.13 RL5060TQZB背式清障車 缸控制內(nèi)門架的升降。在內(nèi)門架上裝有叉梁副臂及托叉后梁和托叉前梁(圖2.16b、c、a)，用于托起事故車輛。整個(gè)起重門架能在偏轉(zhuǎn)油缸作用下做小角度偏轉(zhuǎn)。作業(yè)時(shí)將叉架伸入事故車輛前輪(或后輪)，固定后，舉升油缸驅(qū)動(dòng)內(nèi)門架上升即可抬 起事故車頭(或車尾)，將事故車拖離現(xiàn)場。 圖2.14 門架叉式清障車 門架叉式清障車的設(shè)計(jì)思想源于裝卸用門架式叉車，其作業(yè)過程與叉車的作業(yè)過程極為相似。不同的是，叉車內(nèi)門架行程大，一般達(dá)到2m，而叉式清障車的內(nèi)門架行程只300mm。叉車由于輸送距離短，一般利用門架偏轉(zhuǎn)油缸使貨物貼緊門架即可，不需捆綁貨物，而叉式清障車輸送距離長，應(yīng)考慮捆綁鎖緊方式。 2.4.2 作業(yè)過程 作業(yè)時(shí)，清障車以尾部門架靠近事故車頭，人工插入托叉前梁。利用托叉后梁和托叉前梁上的兩個(gè)楔形塊將事故車前輪固定，再使用鋼絲繩、鐵鏈和尼龍鎖緊帶等將車輪和叉梁捆扎牢固。先后啟動(dòng)偏轉(zhuǎn)油缸和起升油缸即可將事故車頭托起，達(dá)到安全高度后拖離現(xiàn)場。除使用楔形塊固定車輪方式外，也可以在叉梁上安裝支承鋼叉(圖2.17)，用于托起事故車縱梁上的鋼板彈簧吊耳，此時(shí)托舉作用力直接傳遞到事故車底盤縱梁上，不同于托起車輪時(shí)作用力通過彈性支承作用在底盤縱梁上[]。 2.4.3 優(yōu)點(diǎn)和不足 起重臂架式清障車和RL5060TQZB背式清障車價(jià)格昂貴，最低也需十幾萬元，而門架叉式清障車可以利用現(xiàn)有的普通卡車改裝，改裝費(fèi)用只需三、四元，所以門架叉式清障車有投資小、見效快的優(yōu)勢。 門架叉式清障車和同噸位的臂架式清障車具有相同的功能，可以替代臂架式清障車完成相應(yīng)的工作，而且門架叉式清障車可以一車兩用，拆下門架仍是一臺(tái)運(yùn)輸車。 門架叉式清障車也有明顯的不足:度盤縱梁受力不合理，全部工作載荷作用在縱梁懸臂上，縱梁懸臂可能因剛度不夠而變形至損壞，此外，減小前橋軸荷，對前橋的轉(zhuǎn)向能力產(chǎn)生影響。解決方法是加強(qiáng)縱梁懸臂，保證其強(qiáng)度和剛度，在車廂前部道當(dāng)放一些壓重塊，保證前輪有足夠的附著力。當(dāng)然，在改裝時(shí)也應(yīng)對后橋軸荷進(jìn)行驗(yàn)算，保證在安全范圍之內(nèi)。 圖2.15 外門架 門架叉式清障車和同噸位的臂架式清障車具有相同的功能，可以替代臂架式清障車完成相應(yīng)的工作，而且門架叉式清障車可以一車兩用，拆下門架仍是一臺(tái)運(yùn)輸車。 門架叉式清障車也有明顯的不足:度盤縱梁受力不合理，全部工作載荷作用在縱梁懸臂上，縱梁懸臂可能因剛度不夠而變形至損壞，此外，減小前橋軸荷，對前橋的轉(zhuǎn)向能力產(chǎn)生影響。解決方法是加強(qiáng)縱梁懸臂，保證其強(qiáng)度和剛度，在車廂前部道當(dāng)放一些壓重塊，保證前輪有足夠的附著力。當(dāng)然，在改裝時(shí)也應(yīng)對后橋軸荷進(jìn)行驗(yàn)算，保證在安全范圍之內(nèi)。 2.5 總體機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的確定 綜合上述道路清障汽車道路清障車的各主要機(jī)構(gòu)的選定方案，綜上優(yōu)點(diǎn)所以選擇最終所得到的整車裝配結(jié)構(gòu)如圖2.18所示。 圖2.16 叉梁副臂及托叉后梁和托叉前梁 圖2.17 支承鋼叉 圖2.18 RL5060TQZB背式清障車 2.6 本章小結(jié) 本章采用對比分析以及例舉的方法介紹了固定軸荷式牽引裝置、臂架起重機(jī)型清障車、RL5060TQZB背式清障車道路清障車、門架叉式清障車的幾大主要類型設(shè)計(jì)方案并分析了優(yōu)缺點(diǎn)。經(jīng)過仔細(xì)的研究確定為RL5060TQZB背式清障車。 第3章 道路清障汽車參數(shù)的確定 3.1 基本尺寸參數(shù)的確定 道路清障汽車與普通專用汽車一樣，都是在二類底盤的基礎(chǔ)上進(jìn)行改裝而成，主要尺寸參數(shù)原則上應(yīng)于原車底盤尺寸相同，從而保證其整車性能參數(shù)與原車基本保持不變。常見二類底盤機(jī)構(gòu)如圖3.1所示。 圖3 .1 常見二類底盤 3.2 質(zhì)量參數(shù)的確定 3.2.1 額定裝載質(zhì)量 道路清障汽車m是在二類地盤的基礎(chǔ)上多加了一套舉升和傾卸裝置，所以其裝載質(zhì)量差不多，而且道路清障汽車不需要太高的速度，根據(jù)初定額定裝載質(zhì)量為m=2 000kg，所以選擇BJ106VJEA-C1車底盤最大承載質(zhì)量為2300kg。 3.2.2 整車整備質(zhì)量 整車整備質(zhì)量m0是指汽車完全裝備好的質(zhì)量，包括潤滑油、燃料、隨車工具、備胎等所有裝置的質(zhì)量。參考同類普通專用汽車的整車整備質(zhì)量，在此基礎(chǔ)上在增加裝備質(zhì)量，便可估算道路清障汽車整車整備質(zhì)量。 所選BJ106VJEA-C1車底盤的整備質(zhì)量為3750kg,因?yàn)樵诒敬卧O(shè)計(jì)選用的裝備較多，因此整車整備質(zhì)量相對有所增加，取為m0=4000kg； 3.2.3 總質(zhì)量 總質(zhì)量ma的計(jì)算公式為 kg （2.1） 式中 mp——乘員質(zhì)量（kg），按每人65kg計(jì)。 改裝后道路清障汽車最大軸載質(zhì)量的分配應(yīng)基本接近原車底盤軸載要求。又由于車廂升高的同時(shí)，其質(zhì)心向后移。 3.3 道路清障汽車底盤的選擇 專用汽車性能的好壞直接取決于專用汽車底盤的好壞，通常專用車輛所采用的基本底盤按結(jié)構(gòu)分可分為二、三、四類底盤。二類底盤是在整車基礎(chǔ)上去掉貨廂，三類底盤是從整車上去掉駕駛室與貨廂，四類底盤是在三類底盤的上，一般專用改裝車輛在選用底盤時(shí)應(yīng)滿足下述要求： （1）適用性：對于專用改裝車底盤應(yīng)適用于專用汽車特殊功能的要求，并以此為主要目標(biāo)進(jìn)行改裝造型設(shè)計(jì). （2）可靠性：所選用汽車底盤要求工作可靠，出現(xiàn)故障的幾率少，零部件要有足夠的強(qiáng)度和壽命；且同一車型各總成零部件的壽命應(yīng)趨于平衡. （3）先進(jìn)性：應(yīng)使用整車在動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、操縱穩(wěn)定性、行駛平順性及通過性等基本性能指標(biāo)和功能方面達(dá)到同類車型的先進(jìn)水平的汽車底盤；而且在專用性能上要滿足國家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求. （4）方便性：所選用的底盤要便用于安裝、檢查保養(yǎng)和維修，處理好結(jié)構(gòu)緊湊與裝配調(diào)試空間合理的矛盾. 除了上述主要要求外，還有兩個(gè)值得注意的方面，一是汽車底盤價(jià)格，它是專用汽車購置成本中很大的部分，一定要考慮到用戶可以接受。這也涉及到專用汽車產(chǎn)品能否很快的占有市場，企業(yè)能否增加效益問題。二是汽車底盤供貨要有來源，所選用的底盤在市場上必須具有一定的保有量。 3.3.1 底盤型號(hào)的選定 專用汽車底盤的選擇主要是根據(jù)專用汽車的類型、用途、裝載質(zhì)量、使用條件、專用汽車的性能指標(biāo)、專用設(shè)備或裝置的外形、尺寸、動(dòng)力匹配等決定，目前，幾乎80%以上的專用車輛采用二類底盤進(jìn)行改裝設(shè)計(jì)。采用二類汽車底盤進(jìn)行改裝設(shè)計(jì)工作重點(diǎn)是整車總體布置和工作裝置設(shè)計(jì)，對底盤僅作性能適應(yīng)性分析和必要的強(qiáng)度校核，以確保改裝后的整車性能基本與原車接近。 目前國內(nèi)市場上底盤的種類多、品種全，如解放、東風(fēng)、紅巖等系列底盤性能好，價(jià)格便宜，市場保有量大，在載重量為2t左右的輕型汽車，選用的底盤也多為這些系列的產(chǎn)品。 表3.1　底盤性能對比列表 解放 東風(fēng) 紅巖 適用性 適用于各類載重貨車及專用汽車特殊功能的要求 適用于各類載重貨車及專用汽車特殊功能的要求 適用于各噸位載重貨車的改裝設(shè)計(jì)要求以及部分專用車輛的特殊要求 可靠性 工作可靠，出現(xiàn)故障的幾率少，零部件要有足夠的強(qiáng)度和壽命 工作性能好，故障率低，零部件要有足夠的強(qiáng)度和壽命 性能可靠，出現(xiàn)故障率低，各部件要有足夠的強(qiáng)度 先進(jìn)性 動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、行駛平順性及通過性等基本性能指標(biāo)和功能方面達(dá)到同類車型的先進(jìn)水平 動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、操縱穩(wěn)定性等基本性能指標(biāo)和功能方面達(dá)到同類車型的先進(jìn)水平 動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、行駛平順性及通過性等基本性能指標(biāo)和功能方面略低于同類車型 方便性 安裝、檢查保養(yǎng)和維修方便，結(jié)構(gòu)緊湊 安裝、檢查保養(yǎng)和維修方便，結(jié)構(gòu)緊湊 安裝、檢查保養(yǎng)和維修方便，結(jié)構(gòu)緊湊 價(jià)格 較便宜 便宜 便宜 供貨來源 市場擁有量多 市場擁有量多 市場擁有量較多 常見噸位 各種噸位車型 各種噸位車型 輕、中型載貨車型 經(jīng)過實(shí)際調(diào)研和上網(wǎng)搜集各類底盤及其技術(shù)參數(shù)相關(guān)方面的資料，并結(jié)合本次改裝設(shè)計(jì)專用車的用途、最大裝載質(zhì)量、使用條件、專用汽車的性能指標(biāo)、專用設(shè)備或裝置的外形、尺寸、動(dòng)力匹配、成本等各方面的綜合要求，不難發(fā)現(xiàn)，在進(jìn)行小規(guī)模的輕、中型載貨汽車或?qū)Ｓ密囕v改裝制造時(shí)，選用東風(fēng)系列底盤相對較合理。所以選擇BJ106VJEA-C1底盤作為本次道路清障汽車道路清障車的底盤，其主要技術(shù)參數(shù)見表3.2。 表3.2底盤參數(shù)表 底盤型號(hào) BJ106VJEA-C1 外型尺寸（長×寬×高）（mm） 6995×2700×3100 總質(zhì)量（kg） 6395 整備質(zhì)量（kg） 3750 最高車速（km/h） 90 前輪距/后輪距（mm） 1665/1600 輪胎規(guī)格 7.50-16 前懸/后懸（mm） 1120/2075 輪胎數(shù) 6 3.4 本章小結(jié) 本章主要進(jìn)行道路清障車底盤的選型。首先根據(jù)所需底盤的主要設(shè)計(jì)參數(shù)查詢各牌號(hào)對應(yīng)的底盤，如東風(fēng)、解放以及紅巖等；然后將現(xiàn)有滿足設(shè)計(jì)參數(shù)要求的各種底盤進(jìn)行對比，通過比較他們的適用性、可靠性、先進(jìn)性、方便性、價(jià)格以及供貨來源等各方面因素選擇比較使用BJ106VJEA-C1底盤作為本次道路清障車的底盤。 第4章 清障車副車架的設(shè)計(jì) 4.1 道路清障汽車副車架的設(shè)計(jì)與分析 在專用汽車設(shè)計(jì)時(shí)，為了改善主車架的承載情況，避免集中載荷。同時(shí)也為了不破壞主車架的結(jié)構(gòu)，一般多采用副車架(副梁)過渡。 在增加副車架的同時(shí)，為了避免由于副車架剛度的急劇變化而引起主車架上的應(yīng)力集中，所以對副車架的形狀、安裝位置及與主車架的連接方式都有一定要求。 4.1.1 副車架的截面形狀及尺寸 專用汽車副車架的截面形狀一般和主車架縱梁的截面形狀相同，多采用如圖4-1所示的槽形結(jié)構(gòu)，其截面形狀尺寸圖4.1所示的槽形結(jié)構(gòu)，其截面形狀尺寸取決于專用汽車的種類及其承受載荷的大小。表4.1和表4.2列出了斯泰爾系列重型專用汽車副車架的截面尺寸[12]。 圖4.1 副車架的截面形狀 對于隨車運(yùn)輸車的副車架來說，在安裝起重裝置的范圍內(nèi)，應(yīng)按如圖4.2和圖4.3所示的方式用一塊腹板將副車架截面封閉起來，以提高副車架的抗扭和抗彎能力。 圖4.2 加強(qiáng)后的副車架截面形狀 圖4.3 加強(qiáng)腹板的位置 4.1.2 副車架的前端形狀及安裝位置 為了避免由于副車架截面高度尺寸的突然變化而引起主車架縱梁的應(yīng)力集中，副車架的前端形狀應(yīng)采用逐步過渡的方式。例如采用如圖4.4所示的三種過渡方式。對于這三種不同形狀的副車架前端，在其與主車架縱梁相接觸的翼面上都加工有局部斜面，其斜面尺寸如圖4.4（c）所示。h=1mm 、l=15～20mm。 如果加工上述形狀困難時(shí)，可以采用如圖4.5所示的副車架前端簡易形狀，此時(shí)斜面尺寸較大。對于鋼質(zhì)副車架：h=5～7mm；l=200～300mm對于硬木質(zhì)副車架：h=5到10mm；l=H、副車架在汽車底盤上布置時(shí)，其前端應(yīng)盡可能地往駕駛室后圍靠近。 a-U形 b-角形 c-L形 圖4.4 副車架前端的三種形式 圖4.5為某散裝水泥運(yùn)輸車的罐體、副車架相對于汽車底盤的安裝位置，在滿足軸荷分配的前提下，其中A不宜過大，留足空壓機(jī)的位置即可;B為副車架的前端離主車架拱形橫梁的距離，一般在100mm之內(nèi);C為固定副車架的前面第一個(gè)U型螺栓距拱形橫梁的距離，一般控制在500～800mm的范圍內(nèi)。 a-鋼質(zhì)副車架 b-硬木質(zhì)副車架 圖4.5 副車架前端簡易形狀 圖4.6 副車架的安裝位置 4.1.3 副車架與主車架的連接 4.1.4 副車架與主車架的連接常采用如下幾種形式 4.1.5 止推板連接 圖4.8是斯泰爾重型專用汽車所采用的止推連接板的結(jié)構(gòu)形狀及其安裝方式。連接板上端通過焊接與副車架固定，而下端則利用螺栓與主車架縱梁腹板相連接。止推板的優(yōu)點(diǎn)在于可以承受較大的水平載荷，防止副車架與主車架縱梁產(chǎn)生相對水平位移。相鄰兩個(gè)止推連接板之間的距離在500～1 000 mm范圍內(nèi)。 4.1.6 連接支架 連接支架由相互獨(dú)立的上、下托架組成，上、下托架均通過螺栓分別與副車架和主車架縱梁的腹板相固定，然后再用螺栓將上、下托架相連接，見圖4.9所示。由于上、下托架之間留有間隙，因此連接支架所能承受的水平載荷較小，所以連接支架應(yīng)和止推連接板配合使用。一般布置是在后懸架前支座前用連接支架連接，在后懸架前支座后用止推連接板連接。 1副車架 2止推連接板 3主車架縱梁 圖4.8 止推板的連接結(jié)構(gòu) 4.1.7 U型夾緊螺栓 當(dāng)選用其它連接裝置有困難時(shí)，可采用U型夾緊螺栓。但在車架受扭轉(zhuǎn)載荷最大的范圍內(nèi)不允許采用U螺性。當(dāng)采用U型螺栓固定時(shí)，為防止主車架縱梁翼面變形，應(yīng)在其內(nèi)側(cè)襯以木塊，但在消聲器附近，必須使用角鐵等作內(nèi)襯。 最終方案的選定結(jié)合專用汽車以及道路清障汽車的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，本設(shè)計(jì)決定采用副車架前端形狀為U型。而副車架與主車架的連接決定采用止推板連接。 圖4.9 連接支架 1-上托架 2-下托架 3-螺栓 4.1.8 副車架尺寸和材料的確定 副車架縱梁高180mm長4970mm材料16MnR。 副車架和主車架之間用橡膠熱隔離，并需要在主車架上鉆橢圓形通孔。 4.1.9 鋼的選取 經(jīng)過以上的計(jì)算選取鋼的形狀為等邊彎曲槽鋼160160對接焊成，壁厚為6mm，形狀為8080等邊彎曲槽鋼對接焊成。 4.2 銷的校核 支架與支架地座之間用銷連接；液壓缸與支架之間用銷連接；液壓缸與液壓缸底座之間用銷連接托架上端與下端之間用銷連接；所以銷必須得校核。 4.2.1 液壓缸底座與和副車架之間螺栓的選取和校核 因設(shè)計(jì)要求選取直徑12mm的螺栓，底座與副車架有8個(gè)螺栓連接而。因液壓缸底座受力比托架底座小，所以經(jīng)校核滿足要求。 4.2.3 副車架主車架螺栓的選取和校核 副車架主車架間用24個(gè)直徑12mm螺栓連接,副車架與主車架受力每根約為2000N經(jīng)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊經(jīng)校核成功。 4.3 本章小結(jié) 本章首先進(jìn)行了道路清障汽車副車架的設(shè)計(jì)與分析。靜載荷的分析，型鋼的選取，銷的校核，平板和副車架之間螺栓的選取和校核和分析。 第5章 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 道路清障車液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的好壞，將直接影響整車的性能。道路清障車液壓系統(tǒng)一般主要包括托舉液壓系統(tǒng)、液壓卷筒液壓系統(tǒng)。 本次道路清障車的改裝設(shè)計(jì)主要偏重于機(jī)械機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與分析，而其液壓系統(tǒng)所采用的油泵、油缸、液壓閥等液壓系統(tǒng)元件均為高度標(biāo)準(zhǔn)化、系列化與通用化且由專業(yè)化液壓件廠集中生產(chǎn)供應(yīng)；因此在改裝設(shè)計(jì)中只需要進(jìn)行液壓元件計(jì)算選型。其主要內(nèi)容包括油缸的直徑與行程、油泵工作壓力、流量、功率以及各種相關(guān)控制閥的選型等。 5.1舉升機(jī)構(gòu)形式的選擇 舉升機(jī)構(gòu)分為兩大類：直推式和連桿組合式，它們均采用液體壓力作為舉升動(dòng)力 直推式舉升機(jī)構(gòu)利用液壓油缸直接舉升車廂傾卸。該機(jī)構(gòu)布置簡單、結(jié)構(gòu)緊湊、舉升效率高。但由于液壓油缸工作行程長，故一般要求采用單作用的2級(jí)或3級(jí)伸縮式套筒油缸。 按油缸布置位置不同，直推式舉升機(jī)構(gòu)可分為前置和后置(也稱中置)兩種，如圖5.1所示。前置式油缸支在車廂前部,油缸的舉升力較小,油缸行程較大,一般用于重型自卸汽車上,油缸則通常采用多級(jí)伸縮油缸。后置式油缸支在車廂中部,油缸行程較小,油缸的舉升力較大,多采用雙缸雙柱式油缸。在相同舉升載荷條件下，前置式需要的舉升力較小，舉升時(shí)車廂橫向剛度大，但油缸活塞的工作行程長；后置式的情況則與前置式的相反。 (a)前置式；(b)后置式 圖5.1 直推式舉升機(jī)構(gòu)的布置 常用的連桿組合式舉升機(jī)構(gòu)布置有兩種：油缸前推式(又稱T式)和油缸后推式(又稱D式)，如圖5.2所示。 1- 鉸支座；2-車廂；3-油缸；4-三角臂 圖5.2 連桿組合式舉升機(jī)構(gòu) (a) 油缸前推式；(b) 油缸后推式 直推式和連桿組合式舉升機(jī)構(gòu)的綜合比較見表5.3： 表5.3直推式與連桿組合式舉升機(jī)構(gòu)的綜合比較 類 別 項(xiàng) 目 直推式 桿系傾卸式 結(jié)構(gòu)布置 簡便，易于布置 比較復(fù)雜 系統(tǒng)質(zhì)量 較小 較大 建造高度 較低 較高 油壓特性 較差 較好 工作壽命 磨損大，易損壞，工作壽命短 不易磨損，工作壽命長 制造成本 較高 較低 系統(tǒng)傾卸穩(wěn)定性 較差 較好 系統(tǒng)耐沖性 較好 較差 直推式舉升機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單,較易于設(shè)計(jì)。但由于是油缸直接頂起車廂,為了達(dá)到一定的舉升角度,往往需采用多級(jí)油缸,而為了提高整車的穩(wěn)定性,又常采用雙油缸結(jié)構(gòu)。這樣易導(dǎo)致油缸泄漏或雙缸不同步,進(jìn)而造成車廂舉升受力不均。目前,該類舉升機(jī)構(gòu)主要用于重型自卸汽車。 連桿組合式舉升機(jī)構(gòu)利用三角形連桿機(jī)構(gòu)的放大特性,減小了油缸行程,同時(shí)還能借助于連桿系的橫向跨距來加強(qiáng)卸貨時(shí)的穩(wěn)定性,只需采用單級(jí)單缸的油缸型式就可滿足要求。因此,該類舉升機(jī)構(gòu)制造工藝相對簡單,在生產(chǎn)實(shí)際中獲得了廣泛應(yīng)用。油缸前推式舉升機(jī)構(gòu)適用于中、重型自卸汽車；油缸后推式適用于中、輕型自卸汽車。 綜上所述，對于RL5060TQZB背式清障車，本文選用油缸后推式舉升機(jī)構(gòu)。該種舉升機(jī)構(gòu)通過三角板于車廂底板相連推動(dòng)車廂，啟動(dòng)性能較好，并能承受較大的偏置載荷；舉升支店在車廂中心附近，車廂受力狀況較好。 圖5.3 后推連桿組合舉升機(jī)構(gòu)原理 油缸是液壓系統(tǒng)執(zhí)行元件，也是上述舉升和傾卸兩大機(jī)構(gòu)的直接動(dòng)力來源。通常油缸分為活塞式和浮拄式兩類?；钊骄鶠閱蜗蜃饔茫涓左w長度大而伸縮長度小、使用油壓低（一般不超過14MPa）。浮拄式為多級(jí)伸縮式油缸，一般有2～5個(gè)伸縮節(jié)，其結(jié)構(gòu)緊湊，并具有短而粗、伸縮長度大、使用油壓高（可達(dá)35MPa）,易于安裝布置等優(yōu)點(diǎn)。浮拄式油缸又分為單向作用式與雙向作用式。雙向作用式用油壓輔助車廂降落，因此工作平穩(wěn)，降落速度快。直推式傾卸機(jī)構(gòu)多采用單作用多級(jí)油缸；而桿系組合式傾卸機(jī)構(gòu)多采用單作用單級(jí)油缸]。 5.2直接推動(dòng)式舉升機(jī)構(gòu)的具體設(shè)計(jì) 5.2.1工作原理 如圖5.4所示：油缸兩端AB的A點(diǎn)鉸接于支架之座上，B點(diǎn)鉸接于平板底架之座之上。舉升機(jī)構(gòu)工作時(shí)，液壓油泵由取力器帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，從油箱吸入液壓油，并將液壓油經(jīng)分配器壓入油缸腔，油壓所產(chǎn)生的推力Q使平板提升傾卸。當(dāng)操縱手柄推到中立位置時(shí)，油泵卸荷，油缸中立，平板將停止升降。操縱手柄推到下降位置時(shí)，回油閥打開，平板在其自重的作用下，使油缸腔內(nèi)的液壓油返回至液壓油箱，從而實(shí)現(xiàn)平板的復(fù)位。 圖5.4 直推式舉升機(jī)構(gòu)工作原理 5.2.2參數(shù)設(shè)計(jì) 油缸直推式舉升機(jī)構(gòu)的幾何分析：如圖5.5所示： 圖5.5 直推式舉升機(jī)構(gòu)的幾何分析 油缸柱塞由初始B點(diǎn)，逐步伸出至B′，油缸行程L行盡，平板翻至最大舉升角，由△A B′O余弦定理可得： （3.1） 式中：,，。 根據(jù)清障車的標(biāo)準(zhǔn)及平板的舉升角一般小于16°，可取，油缸初始長度可根據(jù)油缸標(biāo)準(zhǔn)系列尺寸和市面供貨情況而定，可?。?55mm。油缸裝車后要留有一定的預(yù)伸量，的作用是使貨箱降落之后與車架貼合，避免因誤差影響造成油缸頂?shù)锥浵湮茨芡耆湎??？扇。?0～15mm，過大則浪費(fèi)油缸的行程和使油缸工作壓力提高。 選取、、的數(shù)值之后，待定的設(shè)計(jì)參數(shù)有、、、，油缸行程、油缸直徑等。下面就待定的設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行討論。 5.2.3支點(diǎn)的選取 垂直方向：在貨箱縱梁與車架縱梁之間可結(jié)合后支點(diǎn)結(jié)構(gòu)來考慮，一般采用支座結(jié)構(gòu)，此時(shí)后支點(diǎn)可取在車架縱梁面上約50mm處。 水平方向：一般在車架后板簧吊耳后，如圖5.7所示，C＞680mm?？紤]到平板底板傾卸汽車時(shí)，距地面的高度（如圖5.8所示），底板距地面的高度H： （3.2） 根據(jù)表5.2所示平板舉升角，本課題選取傾斜角，并帶入式（2），可得： H越大，貨物傾卸后的堆放高度越高，后支點(diǎn)距貨箱尾部距離d： 圖5.7 后支點(diǎn)選?。ㄋ椒较颍? 則距后輪中心線距離C： ， 綜合車架、貨箱條件，可取C＝700mm。 5.2.4平板與油缸聯(lián)接點(diǎn)（中支點(diǎn)）的選取 水平方向：一般在后輪中心線附近，越往前，所需油缸的行程越大，但舉升貨物的穩(wěn)定性就越好，工作油壓越低，可暫時(shí)取在中心線上。 垂直方向：應(yīng)盡量貼近平板底板，使油缸的初始舉升角較大，提高舉升力矩。具體要結(jié)合中支點(diǎn)的構(gòu)件來選取，一般中支點(diǎn)的結(jié)構(gòu)為平板焊接油缸支梁，用銷軸連接油缸。從平板受力角度考慮，油缸支梁應(yīng)搭接在平板縱梁上，使推力經(jīng)油缸支梁――平板縱梁――平板橫梁，均勻傳給整個(gè)平板。若油缸支梁搭在平板橫梁，則平板那橫梁局部區(qū)域受力較大，可能會(huì)拱起而使平板那變形。如圖5.8所示，根據(jù)液壓缸安裝條件，本例中可取高度為50mm。 5.2.5油缸前支點(diǎn)的選取 垂直方向：一般在車架縱梁的高度范圍內(nèi)，過高則油缸的初始舉升角太小，舉升力矩??；過低則油缸地隙較小，支點(diǎn)構(gòu)件的強(qiáng)度較低。一般油缸與車架的連接采用油缸支座擱在車架寬度方向中間縱梁上。這樣拆裝油缸時(shí)，油缸不會(huì)掉落下來，拆裝方便，構(gòu)件結(jié)構(gòu)強(qiáng)度也比較高。如圖5.9所示：支點(diǎn)距車架上平面的距離為：h=188-120-40＝28mm。 水平方向：在平板連點(diǎn)（中間支點(diǎn)）的前方，由油缸兩支點(diǎn)的高度差油缸的原始長度和一定的預(yù)伸量決定。 圖5.8平板與油缸連接點(diǎn)（中支點(diǎn)）選取 圖5.9 油缸前支點(diǎn)選取（1） 圖5.10 油缸前支點(diǎn)選?。?） 如圖5.10所示，可得e尺寸： 取，值取得越大，預(yù)伸量越大，油缸初始角減少，舉升力矩減少. 5.2.6 油缸行程的選取 根據(jù)上述支點(diǎn)的選取原則可得三支點(diǎn)的初步布置，有前面介紹的余弦定理可得所需的油缸行程L： 其中： 、 畫圖可得 將上述尺寸代入式（1） 可得：L＝1035.78mm 根據(jù)SYG系列多級(jí)雙作用活塞式液壓缸標(biāo)準(zhǔn)的行程，取液壓缸活塞行程為600mm，每節(jié)行程為300mm，共兩節(jié)，所取液壓缸的行程比計(jì)算行程1035.78mm少了9.22mm。若支點(diǎn)不變，則平板那最大舉升角就將大于19°。因?yàn)槠桨宓呐e升角一般為19°，24°的舉升角已能將貨物卸下。但因9.22mm相對于整車尺寸而言比較小，故為提高舉升機(jī)構(gòu)穩(wěn)定性的較低工作油壓，可依此確定下液壓缸的型號(hào)及尺寸 根據(jù)設(shè)計(jì)計(jì)算，舉升角。 5.2.7油缸直徑的選取 油缸直徑的選取需要先確定背式清障汽車液壓系統(tǒng)的額定壓力，額定壓力過低，則元件需較大型；額定壓力過高，則元件成本、性能要求過高。一般取額定壓力為12MPa的級(jí)別，比較適中。然后根據(jù)滿載時(shí)的舉升目標(biāo)油壓來確定所需的油缸直徑D。 油缸直徑D實(shí)際上是油缸舉升車廂初時(shí)時(shí)所需的油缸直徑。隨著貨物的卸去，車廂載荷減小，所需的油缸推力亦是逐漸減少。因此，只有算出油缸初時(shí)舉升的受力計(jì)算是最有意義的。 當(dāng)車廂滿載時(shí)，設(shè)油缸推力為F，滿載時(shí)質(zhì)量為G，以車廂受力中心體，受力分析如圖為： 對于第一缸，對O點(diǎn)取矩： 即可得： 其中取P=12MPa 根據(jù)SYG系列多級(jí)雙作用活塞式液壓缸標(biāo)準(zhǔn)中，選用2SYG100E－111－300*445兩節(jié)液壓油缸。根據(jù)《機(jī)械手冊》表20-6-2所示.，可選取液壓缸內(nèi)徑為。 此時(shí)滿載的工作壓力（即第一缸伸出時(shí)）為： 在舉升過程中，重力臂逐步伸長，舉升力矩逐步減少，直到第二節(jié)、第三節(jié)油缸伸出時(shí)，已有部分貨物卸下，貨物重心也向后移動(dòng)，阻力矩減小，油壓將比初時(shí)舉升時(shí)低。 圖5.11背式清障汽車車廂受力分析 5.2.8液壓缸的推力和拉力校核 經(jīng)過上述計(jì)算，初步選定SYG系列多級(jí)雙作用活塞式2SYG100E－111－300*445兩節(jié)液壓油缸。 根據(jù)《機(jī)械手冊》表20-6-3液壓缸主要技術(shù)性能參數(shù)計(jì)算所示，速比是表示液壓缸活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)的速度之比。 （3.3） 式中：——活塞桿的伸出速度，m/s ——活塞桿的縮回速度，m/s D——液壓缸活塞直徑，m d——活塞桿直徑，m 計(jì)算速比中主要是為了確定活塞桿的直徑和是否設(shè)置緩沖裝置。速比不宜過大或過小，以免產(chǎn)生過大的背壓或造成因活塞桿太細(xì)導(dǎo)致穩(wěn)定性不好。 表5.3 速比的選取 公稱壓力/MPa ≤10 12.5～20 ＞20 1.33 1.46，2 2 根據(jù)選定的3.5T背式清障汽車的工作壓力，選定＝1.46，進(jìn)行計(jì)算。 由式（2）可得： (3.4) 查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》表20-6-3，選取。 查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》表20-6-3液壓缸主要技術(shù)性能參數(shù)的計(jì)算。校核活塞的理論推力和拉力。 油液作用在活塞上的液壓力，對于雙作用單活塞桿液壓缸來說，活塞受力如圖5.12所示： 圖5.12 液壓缸活塞受力圖 活塞桿伸出時(shí)的理論推力為： （3.5） 將、代入式（3.5），可得： 活塞桿伸出時(shí)的理論推力為＜； 活塞桿縮回時(shí)的理論拉力為： （3.6） 將、、代入式（3.6），可得： 活塞桿縮回時(shí)的理論拉力為＜ 5.2.9缸壁厚度的確定 (3.7) 式中-缸體材料的許用應(yīng)力。 根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》表5.4所示，本課題液壓缸選用45號(hào)鋼。許用應(yīng)力取為360。將=360代入公式中，得出： 取油缸壁厚為5 。 5.3液壓絞盤的設(shè)計(jì) 5.3.1系纜部分 表5.4系纜部分 額定系纜拉力： 30 KN 公稱速度： ≥5 m/min 絞盤頭直徑： Φ300mm 5.3.2液壓馬達(dá)部分 表5.5液壓馬達(dá)部分 馬達(dá)型號(hào)： IY3-2000 額定流量： 2030ml/r 5.3.3絞盤性能參數(shù)計(jì)算 已知：系纜負(fù)載F工＝30Kn,纜索直徑d＝13mm，卷筒直徑D＝300mm， 絞盤工作時(shí)的工作壓力 P＝2πT×103/piη總η效 其中扭力T＝F工×（D+d）/2 ＝2π×30×（300+13）/（2×2030×2.82×0.85×0.92） ?。?.6N/mm2＜ 15MPa （液壓馬達(dá)效率η效＝0.92） 絞盤工作時(shí)需液壓油流量 q＝ipV0/lη效 ＝2.82×2030×5/(π×313×0.92) ＝31.6L/min＜ 45L/min 5.3.4液壓馬達(dá)的性能計(jì)算 由2、3可知，設(shè)計(jì)所選液壓馬達(dá)滿足本絞盤的使用的要求。 5.4油泵的計(jì)算與選型 清障車常用油泵分為齒輪油泵與柱塞泵兩類。齒輪泵多為外嚙合式，在相同體積下齒輪泵比柱塞泵流量大但油壓低。柱塞泵最大特點(diǎn)是油壓高（油壓范圍16～35MPa），且在最低轉(zhuǎn)速下仍能產(chǎn)生全油壓，固可縮短舉升時(shí)間。中輕型清障車上多采用齒輪泵，常用系列有CB、CBX、CG、CN等；重型清障車常采用柱塞泵 5.4.1油泵工作壓力的計(jì)算 MP （5.3） 式中：——油缸最大作用力，(N)； ——油缸橫截面積，(m2)。 則： 5.4.2油泵理論流量的計(jì)算 L/min （5.4） 式中：——油缸最大工作容積（m3），按下式計(jì)算： L 、、的單位均為m； ——舉升時(shí)間，(s)，一般要求20s，取s； ——液壓泵容積效率=0.85~0.9。 則： 本車有兩個(gè)油缸同時(shí)工作則油泵理論流量為6.54. 5.4.3油泵排量的計(jì)算 mL/r （5.5） 式中 ——油泵流量，(L/min)； ——油泵額定轉(zhuǎn)速，(r/min)。 取力器速比：； 油缸工作時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速：r/min；則，油泵轉(zhuǎn)速r/min那么： mL/r （5.6） 5.4.4油泵功率的計(jì)算